CN103273577A - 一种多线切割机的循环冷却装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多线切割机的循环冷却装置及其控制方法，属于机械技术领域。它解决了现有的多线切割机冷却效果不好而影响切割效果的问题。本多线切割机的循环冷却装置，包括主轴循环冷却机构、砂浆循环机构和水冷循环机构，水冷循环机构包括水冷机、水泵、主轴恒温器和热交换器，水冷机的出水管上设置有三通出水接头，水冷机的回水管上设置有三通回水接头，热交换器上设置有用于循环输送水冷机所产生冷却水的进水口和出水口，进水口和三通出水接头之间设置有能控制冷却水流量的控制阀。它采用三通接头形成双冷却循环回路，可以同时实现对主轴循环冷却机构和砂浆循环机构的冷却。它结构简单，控制方便。

Description

一种多线切割机的循环冷却装置及其控制方法

技术领域

本发明属于机械技术领域，涉及一种多线切割机，特别是一种多线切割机的循环冷却装置及其控制方法。

背景技术

目前，一种用于硬脆性材料高精度薄片切割的多线切割机其切割原理是切割线高速反复的正反运转，将磨料带入到加工区域，从而实现切割。为了保证切割品质，需要对多线切割机的主轴和砂浆（一种油基研磨液）同时进行冷却，控制其切割温度，而现有的多线切割机只能单独对主轴或砂浆进行冷却，而且冷却效果也不佳，如中国专利【申请号：201020518711.5，申请日：2010年09月03日，授权公告号:CN201970407U】公开了一种硅晶片多线切割机的砂浆冷却装置，包括砂浆缸和设在其中的砂浆泵，其特征在于，在砂浆缸的内周壁设有热交换管。它将过热的砂浆直接在砂浆缸中进行冷却，但是由于热交换管布置在内周壁上不能和砂浆实现有效地接触，重新泵出的砂浆温度不均匀，容易影响切割品质。随着晶片行业的发展，切割效率需求更高，切片尺寸更大，使得多线切割机连续切割时间更长，切割热量更大，整机散热性要求也更高，而现有的多线切割机的冷却方法及装置满足不了其温度控制要求，难以达到理想的切片精度和品质，因而设计一种能够同时冷却多线切割机主轴和砂浆的冷却装置是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种多线切割机的循环冷却装置及其控制方法，它结构简单，可同时对多线切割机的主轴和砂浆进行冷却。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种多线切割机的循环冷却装置，其特征在于，包括用于循环冷却主轴的主轴循环冷却机构、用于循环砂浆的砂浆循环机构，以及分别与主轴循环冷却机构和砂浆循环机构相连接的水冷循环机构，所述的水冷循环机构包括水冷机、水泵、连接在主轴循环冷却机构上并能对循环冷却主轴的防冻冷却液进行循环水冷的主轴恒温器和连接在砂浆循环机构上并能对循环使用的砂浆进行循环水冷的热交换器，所述水冷机的出水管上设置有能同时连通热交换器和主轴恒温箱的三通出水接头，水冷机的回水管上设置有能同时连通热交换器和主轴恒温箱的三通回水接头，所述热交换器上设置有用于循环输送水冷机所产生冷却水的进水口和出水口，所述的进水口和三通出水接头之间设置有能控制冷却水流量的控制阀。

本技术方案可以同时实现对多线切割机的主轴循环冷却机构和砂浆循环机构的水冷，设置在砂浆循环机构上的热交换器可以使得砂浆的温度一直保持在合适的温度范围内，提高砂浆的切割效率，设置在热交换器进水口上的控制阀，可以在优先保证热交换器的冷却水的前提下对流入热交换器和主轴恒温箱的冷却水水量进行调整分配，保证主轴循环冷却机构和砂浆循环机构都能得到充分冷却。

在上述的多线切割机的循环冷却装置中，所述的热交换器包括竖直放置的壳体、设置在壳体底部的进浆口和设置在壳体顶部的出浆口，所述的进水口和出水口设置在壳体侧部，所述壳体的上下部各设置有一挡板，所述两个挡板之间设置有若干个散热管，所述散热管的上下端口分别与出浆口和进浆口相连通，所述的散热管上垂直设置有若干块折流挡板。进浆口和出浆口用于循环输送砂浆，进水管和出水管用于循环输送冷却水，上下挡板及散热管相配合可以将砂浆和防冻冷却液分开，避免相互影响，保证砂浆的纯度。砂浆循环机构位于地面上，而切割机构位于机架上部，位置高于砂桶，因而在使用时需要提升砂浆并使之从切割机构上方喷出，散热管由下往上贯穿两块挡板并输送用于砂浆，其可在给循环使用的砂浆降温的同时赋予砂浆势能，减少操作工序。折流挡板可以使冷却水与散热管进行充分的热交换，提高冷却水的利用率，节约整个设备的能耗。

在上述的多线切割机的循环冷却装置中，所述的出浆口上设置有一温度传感器，所述进水口设置在壳体的下部，所述出水口设置在壳体的上部。温度传感器反馈的信号输送至多线切割机内置的控制器，从而调节水泵以控制冷却水的流量，例如在砂浆温度较低时，可以将冷却水的流速设定的较小，增大对主轴恒温器的冷却，如果砂浆温度较高时，可以加快冷却水的流速，增大对热交换器的冷却。

在上述的多线切割机的循环冷却装置中，所述的热交换器的壳体上包覆有隔热保温层或涂覆有隔热保温涂料。隔热保温层可采用隔热棉制成，将隔热棉圈成桶状，并通过金属丝缠绕捆绑在壳体外部，可以有效的实现隔热目的。隔热保温涂料可采用ZS-1志盛耐高温隔热保温涂料，该涂料具有极低导热系数，可以屏蔽热量，减少热量的传导量，将高温局限在热交换器中，避免热量散失到外界，对室温造成影响，影响操作人员的舒适性。

在上述的多线切割机的循环冷却装置中，所述的砂浆循环机构包括能循环输送砂浆的砂桶、用于喷撒砂浆的喷浆杆和用于接收砂浆的工作台，所述的喷浆杆和工作台之间还设置有不经过切割机构的回流通道，所述的回流通道上设置有三通阀，所述的热交换器设置在砂桶和三通阀之间。当砂浆的温度较高且不满足切割要求时，该三通阀使回流通道连通，砂浆直接回到砂桶中，并重新进行冷却直至符合要求，此外，该控制阀还可以对砂浆进行分流，以对进入喷浆杆的砂浆流量进行控制。

在上述的多线切割机的循环冷却装置中，所述的砂桶包括桶体、设置在桶体上能对砂浆进行均匀搅拌的搅拌泵和能将砂浆由桶体输送至热交换器的砂浆泵，所述的桶体具有砂浆出口和砂浆回水口，所述的砂浆出口上还设置有换砂口，所述的砂浆回水口上还设置有加砂口。砂浆出口和换砂口共用一个出口并各自具有一个开关，正常的工作状况下，换砂口的开关处于常闭状态，砂浆出口的开关处于常开状态，砂浆由砂浆泵从桶体中泵压至热交换器，并由下向上进行热交换，当砂浆在长时间使用质量下降后，将砂浆出口的开关关闭，并将换砂口的开关打开，由砂浆泵将砂浆泵出桶体。砂浆回水口和加砂口共用一个进口，可以随时对砂进行补充，调整砂浆的密度，以达到最佳的切割效果。

在上述的多线切割机的循环冷却装置中，所述的主轴恒温器包括填充有能循环冷却主轴的防冻冷却液的箱体和和设置在箱体内能对防冻冷却液进行循环冷却的蛇形管路，所述的蛇形管路的两端分别与三通出水接头和三通回水接头相连接。主轴恒温箱外设置有水泵，防冻冷却液在水泵的作用下能对主轴进行冷却，防冻冷却液吸收主轴的热量后，在主轴恒温器的内部由具有循环冷却水的冷却管路冷却后再重新循环到主轴上对主轴进行冷却，迂回的蛇形管路可以扩大接触面积，提高冷却效果。

一种多线切割机循环冷却装置的控制方法，其特征在于，所述的水冷循环机构上经过水冷机处理后的冷却水通过水泵分别泵压至主轴恒温器和热交换器并分别形成循环管路，从而对主轴循环冷却机构和砂浆循环机构分别实现水冷，分流至主轴恒温器和热交换器的冷却水流量比例通过控制阀进行控制。

本技术方案中，通过控制阀调整流入主轴恒温器和热交换器的冷却水比例以达到最优冷却效果。

在上述的多线切割机循环冷却装置的控制方法中，所述的砂浆循环机构上的三通阀与温度传感器相连接，该三通阀能通过将温度传感器检测到的温度数值与预定值进行比较，调节三通阀的开度从而对流入到喷浆杆的砂浆流量进行控制。本技术方案中，若经过热交换器冷却后的砂浆温度符合切割要求时，则三通阀将砂浆引导至喷浆杆喷出，若经过热交换器冷却后的砂浆温度仍旧大于切割要求的预定温度数值，则三通阀可减少喷浆杆处的砂浆流量或直接将砂浆引导回砂桶并重新进行冷却，减少喷浆流量而不全部关闭时，可以保证管路的畅通避免堵塞，同时还能对切割机构进行一定的缓冲冷却。

在上述的多线切割机循环冷却装置的控制方法中，所述的水泵与温度传感器相连接，并能将温度传感器检测到的温度数值与预定值进行比较，以调节水泵功率。本多线切割机在工作时，水泵功率可根据温度传感器检测的温度数值进行调整，但是水泵功率的调整主要起辅助作用，即当控制阀对流量调整之后，温度传感器检测到冷却后的砂浆温度仍旧较高，才对水泵功率进行调整。

与现有技术相比，本发明能同时对多线切割机的主轴和砂浆进行循环冷却，并且实现对关键部位温度的精确控制，确保切割加工时的恒温环境，提高降低废品率；此外本发明中的砂桶解决了原有的砂浆循环冷却系统在桶体内壁上设置循环冷却装置所存在的冷却不均匀而影响切割品质的问题，提高了冷却效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中热交换器的结构示意图。

图3是本发明的控制图。

图中，1、主轴循环冷却机构；2、砂浆循环机构；3、水冷循环机构；4、水冷机；4a、压缩机；4b、冷凝器；4c、冷凝风机；4d、冷水箱；4e、蒸发器；5、水泵；6、主轴；7、主轴恒温器；7a、箱体；8、防冻冷却液；9、冷却管路；10、出水管；11、三通出水接头；12、回水管；13、三通回水接头；14、热交换器；14a、进水口；14b、出水口；14c、壳体；14d、进浆口；14e、出浆口；14f、挡板；15、控制阀；16、温度传感器；17、三通阀；18、散热管；19、折流挡板；20、隔热保温层；21、砂桶；21a、桶体；21b、砂浆出口；21c、砂浆回水口；21d、换砂口；21e、加砂口；21f、储浆箱；21f1、过滤网；22、喷浆杆；23、工作台；24、砂浆泵；25、搅拌泵；26、冷却液水泵；27、冷却电阀门；28、回流通道；29、控制器。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

参照图1和图2，本发明为一种多线切割机的循环冷却装置，包括用于循环冷却主轴6的主轴循环冷却机构1、用于循环砂浆的砂浆循环机构2、分别与主轴循环冷却机构1和砂浆循环机构2相连接的水冷循环机构3，以及控制上述各机构工作状态的控制器29。该水冷循环机构3包括水冷机4、水泵5、连接在主轴循环冷却机构1上并能对循环冷却主轴6的防冻冷却液8进行循环水冷的主轴恒温器7和连接在砂浆循环机构2上并能对循环使用的砂浆进行循环水冷的热交换器14。水冷机4包括压缩机4a、冷凝器4b、冷凝风机4c和冷水箱4d，冷水箱4d内设置蒸发器4e，并填充有循环使用的冷却水，出水管10和回水管12分别设置在冷水箱4的下部和上部，出水管10上设置有能同时连通热交换器14和主轴恒温箱7的三通出水接头11，水泵5设置在水冷机4和三通出水接头11，之间，水冷机4的回水管12上设置有能同时连通热交换器14和主轴恒温箱7的三通回水接头13。即水冷机4、水泵5和主轴恒温箱7组成能对主轴循环冷却机构1上流通的防冻冷却液8进行水冷的循环冷却管路，水冷机4、水泵5和热交换器14组成能对砂浆循环机构2上的砂浆进行水冷的循环冷却管路，两个循环冷却管路的冷却水由三通出水接头11和三通回水接头13进行分流，冷却水的循环回路为图中→→所示管路。

主轴循环冷却机构1通过填充在主轴恒温器7的箱体7a中的防冻冷却液8来循环冷却多线切割机的主轴6，防冻冷却液8的循环回路为图中→→→所示管路。主轴恒温器7流向主轴6的管路上设置有冷却液水泵26和冷却电阀门27，用于控制防冻冷却液8的流量。箱体7a设置有内能对防冻冷却液8进行循环冷却的蛇形管路9，蛇形管路9的两端分别与三通出水接头11和三通回水接头13相连接。

砂浆循环机构2包括能循环输送砂浆的砂桶21、位于主轴6上方并用于喷撒砂浆的喷浆杆22和用于接收砂浆的工作台23。喷浆杆22和工作台23之间还设置有不经过切割机构的回流通道28，该回流通道28的入口处设置有三通阀17，热交换器14设置在砂桶21和三通阀17之间，三通阀17与温度传感器16相连接。本实施例中的砂浆的循环回路为图中→所示管路，即当砂浆经热交换器14冷却后流至三通阀17处，三通阀17可根据温度传感器16检测到的温度进行判断，三通阀17开合的位置、角度及大小。砂桶21包括桶体21a、设置在桶体21a上能对砂浆进行均匀搅拌的搅拌泵25和能将砂浆由桶体21a输送至热交换器14的砂浆泵24，桶体21a上具有砂浆出口21b、砂浆回水口21c、换砂口21d和加砂口21e。砂浆出口21b和换砂口21d共用一个与砂浆泵24相连的出浆管道，并由三通接头进行分流，砂浆出口21b和换砂口21d各具有一个阀门开关，正常工作情况下，换砂口21d的阀门开关处于常闭状态，砂浆出口21b的阀门开关处于常开状态。砂浆回水口21c和加沙口21e共用一个与桶体21a相连接的储浆箱21f，该储浆箱21f具有过滤网21f1，可对切割后的砂浆及额外添加的切割砂进行过滤，去除杂质，保证切割品质。

热交换器14具有一竖直放置的壳体14c、壳体14c底部设置有进浆口14d、壳体14c顶部设置有出浆口14e，和设置在壳体14c侧部的进水口14a和出水口14b，进水口14a与三通出水接头11相连通，出水口14b与三通回水接头13相连通。壳体14c内腔的上下部各设置有一挡板14f，两个挡板14f上贯穿设置有若干个竖向设置的散热管18，散热管18的上下端口分别与出浆口14e和进浆口14d相连通，散热管18上垂直设置有若干块折流挡板19，冷却水由进水口14a进入后，填充在散热管18、折流挡板19及两个挡板14f之间，以实现对散热管18中由下往上输送的砂浆进行充分冷却。热交换器14上还设置有一温度传感器16，该温度传感器16用于检测位于壳体14c内腔上部的挡板14f与出浆口14e之间构成的腔室内的砂浆的温度。进水口14a和三通出水接头11之间设置有能控制冷却水流量的控制阀15，该控制阀15通过控制器29与温度传感器16相连接，能调节进入热交换器14的冷却水流量，同时可调整冷却水进入热交换器14和主轴恒温器7的流量比例，以达到最优的冷却效果。本实施例中控制阀15为脉冲式电磁阀，也可采用手工操作的阀门。热交换器14的壳体14c上包覆有隔热保温层20。该隔热保温层20可采用玻璃纤维制成的隔热棉，隔热棉质地较软，可将其圈成桶状，并通过金属丝缠绕捆绑在壳体外部，从而有效的实现隔热目的，此外本发明也可在壳体14c的外表面上涂敷隔热保温涂料。

参照图3，本多线切割机循环冷却装置的控制方法如下：

水冷循环机构3上经过水冷机4处理后的冷却水通过水泵5分别泵压至主轴恒温器7和热交换器14并分别形成循环管路，从而对主轴循环冷却机构1和砂浆循环机构2分别实现水冷，分流至主轴恒温器7和热交换器14的冷却水流量比例通过控制阀15进行控制，控制阀15的开度大小由设置在热交换器14上的温度传感器16进行控制。砂浆循环机构2上的三通阀17与温度传感器16相连接，该三通阀17能通过将温度传感器16检测到的温度数值与预定值进行比较，调节三通阀17的开度从而对流入到喷浆杆22的砂浆流量进行控制。水泵5与温度传感器16相连接，并由控制器29将温度传感器16检测到的温度数值与预定值进行比较，以调节水泵5功率。

即本实施例在工作状态下，主轴循环冷却机构1对主轴6进行循环冷却，砂浆循环机构2循环运送砂浆至切割机构进行切割，水冷机4处理后的冷却水通过水泵5分别泵压至主轴恒温器7和热交换器14并分别形成循环管路，从而对主轴循环冷却机构1和砂浆循环机构2分别实现水冷。温度传感器16检测热交换器14的近出浆口14e处的砂浆温度，通过多线切割机内置的控制器29进行比对，当该处砂浆温度高于水泵5的预定值时，则水泵5加大输出功率，整体上增大流量，提高冷却效果，当温度继续升高至控制阀15的预定值时，控制阀15加大热交流管14处的冷却水流量，以提高对砂浆的冷却效率。在上述的调整过程中，若温度传感器16检测到的砂浆温度高于三通阀17的预定值时，接通报警器30进行预警并且停止切割操作，同时三通阀17减少流入喷浆杆22的流量，或直接关闭流入喷浆杆22的通道并将砂浆全部导入回流通道28流回砂桶21，再经过热交换器14进一步冷却。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了主轴循环冷却机构1、砂浆循环机构2、水冷循环机构3、水冷机4、压缩机4a、冷凝器4b、冷凝风机4c、冷水箱4d、蒸发器4e、水泵5、主轴6、主轴恒温器7、箱体7a、防冻冷却液8、冷却管路9、出水管10、三通出水接头11、回水管12、三通回水接头13、热交换器14、进水口14a、出水口14b、壳体14c、进浆口14d、出浆口14e、挡板14f、控制阀15、温度传感器16、三通阀17、散热管18、折流挡板19、隔热保温层20、砂桶21、桶体21a、砂浆出口21b、砂浆回水口21c、换砂口21d、加砂口21e、储浆箱21f、过滤网21f1、喷浆杆22、工作台23、砂浆泵24、搅拌泵25、冷却液水泵26、冷却电阀门27、回流通道28、控制器29、报警器30等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种多线切割机的循环冷却装置，其特征在于，包括用于循环冷却主轴（6）的主轴循环冷却机构（1）、用于循环砂浆的砂浆循环机构（2），以及分别与主轴循环冷却机构（1）和砂浆循环机构（2）相连接的水冷循环机构（3），所述的水冷循环机构（3）包括水冷机（4）、水泵（5）、连接在主轴循环冷却机构（1）上并能对循环冷却主轴（6）的防冻冷却液（8）进行循环水冷的主轴恒温器（7）和连接在砂浆循环机构（2）上并能对循环使用的砂浆进行循环水冷的热交换器（14），所述水冷机（4）的出水管（10）上设置有能同时连通热交换器（14）和主轴恒温箱（7）的三通出水接头（11），水冷机（4）的回水管（12）上设置有能同时连通热交换器（14）和主轴恒温箱（7）的三通回水接头（13），所述热交换器（14）上设置有用于循环输送水冷机（4）所产生冷却水的进水口（14a）和出水口（14b），所述的进水口（14a）和三通出水接头（11）之间设置有能控制冷却水流量的控制阀（15）。

2.根据权利要求1所述的多线切割机的循环冷却装置，其特征在于，所述的热交换器（14）包括竖直放置的壳体（14c）、设置在壳体（14c）底部的进液口（14d）和设置在壳体（14c）顶部的出浆口（14e），所述的进水口（14a）和出水口（14b）设置在壳体（14c）侧部，所述壳体（14c）的上下部各设置有一挡板（14f），所述两个挡板（14f）之间设置有若干个散热管（18），所述散热管（18）的上下端口分别与出浆口（14e）和进液口（14d）相连通，所述的散热管（18）上垂直设置有若干块折流挡板（19）。

3.根据权利要求2所述的多线切割机的循环冷却装置，其特征在于，所述的出浆口（14e）上设置有一温度传感器（16），所述进水口（14a）设置在壳体（14c）的下部，所述出水口（14b）设置在壳体（14c）的上部。

4.根据权利要求1或2或3所述的多线切割机的循环冷却装置，其特征在于，所述的热交换器（14）的壳体（14c）上包覆有隔热保温层（20）或涂覆有隔热保温涂料。

5.根据权利要求1所述的多线切割机的循环冷却装置，其特征在于，所述的砂浆循环机构（2）包括能循环输送砂浆的砂桶（21）、用于喷撒砂浆的喷浆杆（22）和用于接收砂浆的工作台（23），所述的喷浆杆（22）和工作台（23）之间还设置有不经过切割机构的回流通道（28），所述的回流通道（28）上设置有三通阀（17），所述的热交换器（14）设置在砂桶（21）和三通阀（17）之间，。

6.根据权利要求5所述的多线切割机的循环冷却装置，其特征在于，所述的砂桶（21）包括桶体（21a）、设置在桶体（21a）上能对砂浆进行均匀搅拌的搅拌泵（25）和能将砂浆由桶体（21a）输送至热交换器（14）的砂浆泵（24），所述的桶体（21a）具有砂浆出口（21b）和砂浆回水口（21c），所述的砂浆出口（21b）上还设置有换砂口（21d），所述的砂浆回水口（21c）上还设置有加砂口（21e）。

7.根据权利要求1所述的多线切割机的循环冷却装置，其特征在于，所述的主轴恒温器（7）包括填充有能循环冷却主轴的防冻冷却液（8）的箱体（7a）和设置在箱体（7a）内能对防冻冷却液（8）进行循环冷却的蛇形管路（9），所述的蛇形管路（9）的两端分别与三通出水接头（11）和三通回水接头（13）相连接。

8.一种多线切割机循环冷却装置的控制方法，其特征在于，所述的水冷循环机构（3）上经过水冷机（4）处理后的冷却水通过水泵（5）分别泵压至主轴恒温器（7）和热交换器（14）并分别形成循环管路，从而对主轴循环冷却机构（1）和砂浆循环机构（2）分别实现水冷，分流至主轴恒温器（7）和热交换器（14）的冷却水流量比例通过控制阀（15）进行控制。

9.根据权利要求8所述的多线切割机的循环冷却装置，其特征在于，所述的砂浆循环机构（2）上的三通阀（17）与温度传感器（16）相连接，该三通阀（17）能通过将温度传感器（16）检测到的温度数值与预定值进行比较，调节三通阀（17）的开度从而对流入到喷浆杆（22）的砂浆流量进行控制。

10.根据权利要求8所述的多线切割机的循环冷却装置，其特征在于，所述的水泵（5）与温度传感器（16）相连接，并能将温度传感器（16）检测到的温度数值与预定值进行比较，以调节水泵（5）流量。

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